是一種具有一個或多個可選的傳輸端口的光學器件,其作用是對光傳輸線路或集成光路中的光信號進光開關行物理切換或邏輯操作。

1.光開關工作原理

工作原理: 在兩個光波導臂的電極上分別加載正負電壓,產生相應電場,實現了開關作用。保偏型光開關 由電光相位調制器、起偏器P和檢偏器Q組成 該功率器件的功率轉變。磁光效應光開關是利用法拉弟磁光效應的開關。

2.光開關應用

光開關(Optical Switch,OS)是一種具有一個或多個可選擇的傳輸窗口,可對光傳輸線路或集成光路中的光信號進行相互轉換或邏輯操作的器件。光開關基本的形式是2X2即入端和出端各有兩條光纖,可以完成兩種連接狀態,平行連接和交叉連接,較大型的空分光交換單元可由基本的2X2光開關以及相應的1X2光開關級聯、組合構成。
       光開關在光網絡中起到十分重要的作用,在波分復用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)傳輸系統中,光開關可用于波長適配、再生和時鐘提取,在光時分復用(Optical Time Division Multiplex,OTDM)系統中,光開關可用于解復用;在全光交換系統中,光開關是光交叉連接(Optical Cross-connect,OXC)的關鍵器件,也是波長變換的重要器件。根據光開關的輸入和輸出端口數,可分為1×1、1×2、1×N、2×2、2×N、M×N等多種,它們在不同場合中有不同用途。其應用范圍主要有:光網絡的保護倒換系統,光纖測試中的光源控制、網絡性能的實時監控系統、光器件的測試、構建OXC設備的交換核心,光插/分復用、光學測試、光傳感系統等。

3.光開關分類

光開關分類  光開關可分為機械式和非機械式兩大類。  機械式光開關靠光纖或光學元件移動,使光路發生改變,其優點是插入損耗較低,隔離度高,不受偏振和波長的影響。缺點是開關時間較長(一般為ms數量級),重復性較差。  非機械式光開關依靠電光效應、磁光效應、聲光效應以及熱光效應來改變波導折射率,使光路發生改變,它是近年來非常熱門的研究課題。這類開關的優點是開關時間短,便于光集成或光電集成。不足之處是插入損耗大,隔離度低。  從端口數量上來分,光開關可分為1×l(即通斷開關)、1×2、l×N(目前已有N等于100)、2x2,4x4、NxN(或M等光開關。隨著光通信和光信息處理技術的發展,對于NxN矩陣光開關的需求越來越強烈,只有實現了N*N矩陣光開關,才能實現快速有效的直接光交換,這對0TN是非常關鍵的。

4.光開關的主要性能參數

光開關的主要性能參數
交換矩陣的大小:光開關交換矩陣的大小反映了光開關的交換能力。光開關處于網絡不同位置,對其交換矩陣大小要求也不同。隨著通信業務需求的急劇增長,光開關的交換能力也需要大大提高,如在骨干網上要有超過1000×1000的交換容量。對于大交換容量的光開關,可以通過較多的小光開關疊加而成。
交換速度:交換速度是衡量光開關性能的重要指標。交換速度有兩個重要的量級,當從一個端口到另一個端口的交換時間達到幾個ms時,對因故障而重新選擇路由的時間已經夠了。如對SDH/SONET來說,因故障而重新選路時,50ms的交換時間幾乎可以使上層感覺不到。當交換時間到達ns量級時,可以支持光互聯網的分組交換。這對于實現光互聯網是十分重要的。
損耗:當光信號通過光開關時,將伴隨著能量損耗。依據功率預算設計網絡時,光開關及其級聯對網絡性能的影響很大。損耗和干擾將影響到功率預算。光開關損耗產生的原因主要有兩個:光纖和光開關端口耦合時的損耗和光開關自身材料對光信號產生的損耗。一般來說,自由空間交換的光開關的損耗低于波導交換的光開關。如液晶光開關和MEMS光開關的損耗較低,大約1~2db。而鈮酸鋰和固體光開關的損耗較大,大約4db左右。損耗特性影響到了光開關的級聯,限制了光開關的擴容能力。
交換粒度:不同的光網絡業務需求,對交換的需求和光域內使用的交換粒度也有所不同。交換粒度可分為三類:波長交換、波長組交換和光纖交換。交換粒度反映了光開關交換業務的靈活性。這對于考慮網絡的各種業務需求、網絡保護和恢復具有重要意義。
無阻塞特性:無阻塞特性是指光開關的任一輸入端能在任意時刻將光波輸出到任意輸出端的特性。大型或級聯光開關的阻塞特性更為明顯。光開關要求具有嚴格無阻塞特性。


光開關工作原理及分類

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